Materialentwicklung und Strukturcharakterisierung

Biobasierte Alternativen zu herkömmlichen, auf der Erdölchemie aufbauenden Polymersystemen, gewinnen in den verschiedensten Applikationsfeldern immer mehr an Bedeutung. Die Endlichkeit fossiler Ressourcen, die Abhängigkeit vom Rohstoff Erdöl und die materialbedingte Netto-Emission von CO₂ bei der Verbrennung (oder Verrottung) von Kunststoffen sind Anlass, nach neuen Wegen zur Herstellung von Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen zu suchen. Marktfähige technische Lösungen müssen jedoch, über den Aspekt der Biobasiertheit hinaus, Vorteile gegenüber eingeführten petrobasierten Materialien bezüglich Eigenschaftsprofil oder Preis bieten. Die anwendungsorientierten Forschungsarbeiten der Abteilung »Materialentwicklung und Strukturcharakterisierung« haben genau dies zum Ziel.

Materialentwicklung

Anwendungsorientierte Materialentwicklung auf dem Gebiet der Thermoplaste und Duromere bildet den Schwerpunkt der Forschungsarbeiten in der Abteilung. Im Fokus stehen nicht nur die Modifizierung, Additivierung und Verstärkung von petrobasierten Polymeren, sondern schwerpunktmäßig auch von biobasierten Polymeren. Ziel ist es, deren physikalische, mechanische, thermomechanische und verarbeitungsrelevanten Eigenschaften zu verbessern.

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Strukturcharakterisierung

Ein wesentlicher Bestandteil unserer Arbeit ist die Aufklärung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der entwickelten Materialien. Dazu nutzen wir die langjährigen Erfahrungen unserer Mitarbeiter auf den Gebieten der Licht- und Elektronenmikroskopie, Röntgenbeugung und NMR-Spektroskopie sowie eine gute Ausstattung mit wissenschaftlichen Geräten zur Strukturcharakterisierung. Die verschiedenen Methoden ergänzen sich sehr gut, wodurch unterschiedliche Strukturniveaus erfasst werden können. Deshalb werden sie oft in einer effektiven Kombination eingesetzt.

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• Charakterisierung von nativen und modifizierten Biopolymeren wie Cellulose, Stärke, Heteropolysacchariden, Chitosan, Lignin
• Bestimmung von Substitutionsgrad und -muster von Polysacchariden
• Herstellung und Charakterisierung von Kompositmaterialien auf Basis synthetischer und nativer Polymere
• Herstellung und Charakterisierung von Nanokompositen mit polysaccharidbasierter Matrix
• Materialprüfung von Fasern, Folien und Formkörpern
• Charakterisierung der übermolekularen Struktur von Polymeren mittels Röntgenbeugungsmethoden und Festkörper-NMR
• Charakterisierung der Bruch- und Oberflächenmorphologie von Fasern und Bulkmaterial mittels Elektronenmikroskopie
• Charakterisierung von Poren und inneren Oberflächen
• Bestimmung der Elementzusammensetzung und Analyse von nanoskaligen Einschlüssen
• Analyse der Größen- und Längenverteilungen von Partikeln und Fasern
• Bestimmung der Sauerstoffpermeabilität von Folien
• Aufklärung der Zusammenhänge zwischen Herstellungsbedingungen, Strukturen und Eigenschaften von Polymeren und Kompositen

• Verwendung cellulosischer Fasern, insbesondere cellulosischer Spinnfasern (Rayon), zur Verstärkung von Thermoplasten für den Spritzguss
• Entwicklung vollständig biobasierter (und bioabbaubarer) Komposite mit cellulosischer Verstärkung für technische Anwendungen
• Entwicklung teilweise biobasierter, nicht bioabbaubarer Komposite auf Basis von Polyamiden
• Nanoskalige Schichtsilikate zur Verbesserung der thermischen und mechanischen Eigenschaften von PLA
• Verbesserung der Materialeigenschaften von Stärkemischestern durch Nano-Additivierung und Faserverstärkung
• weichmacherfreie Verarbeitung von Celluloseacetat
• thermoplastische Verarbeitung von Lignocellulose-Estern, Lignin und Ligninderivaten
• Nutzung von Lignin und Ligninderivaten in Duromersystemen

Die Arbeiten erfolgen in Zusammenarbeit mit Industriepartnern, vorwiegend aus der polymererzeugenden und polymerverarbeitenden Industrie in Form von Auftragsforschung oder über öffentlich finanzierte Projekte.